JP7064836B2 - Metal scrap discrimination method using laser inductive plasma emission spectrometry, metal scrap discrimination device and metal scrap sorting system - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ誘起プラズマ発光分析法を用いた金属スクラップの判別方法、金属スクラップ判別装置及び金属スクラップ選別システムに関する。 The present invention relates to a metal scrap discrimination method using a laser-induced plasma emission spectrometry method, a metal scrap discrimination device, and a metal scrap sorting system.
近年、廃棄物・リサイクル問題に取り組み、環境と経済が両立した循環型社会を構築するために、Reduce(廃棄物の発生抑制)、Reuse(再使用)及びRecycle(再資源化)といういわゆる3R(スリーアール)を推進していくことが求められている。その中で、金属スクラップのリサイクルについては、例えば、アルミニウム合金スクラップの場合、従来より、回収したアルミニウム製品を溶解して含有元素を確定した後、鋳物やダイカスト用の2次合金用途に回されるカスケードリサイクルが主流である。 In recent years, in order to tackle the problem of waste and recycling and build a sound material-cycle society that balances the environment and the economy, the so-called 3Rs (reduce), Reuse (reuse) and Recycle (recycling) It is required to promote the 3Rs). Among them, regarding the recycling of metal scraps, for example, in the case of aluminum alloy scraps, conventionally, after the recovered aluminum products are melted to determine the contained elements, they are used for secondary alloys for castings and die castings. Cascade recycling is the mainstream.
ここで、アルミニウム合金スクラップは製品毎に添加元素が異なるため、溶解する前に元の合金種が判別できれば、いわゆる”product to product”の水平リサイクルが可能となり、アルミニウム合金スクラップの再利用率の大幅な向上が期待できる。 Here, since the added elements of aluminum alloy scrap are different for each product, if the original alloy type can be identified before melting, so-called "product to product" horizontal recycling becomes possible, and the reuse rate of aluminum alloy scrap is large. Can be expected to improve.
そのためには、アルミニウム合金スクラップの成分元素の分析を短時間で高精度に行う方法が必要である。 For that purpose, a method for analyzing the constituent elements of aluminum alloy scrap in a short time and with high accuracy is required.
金属スクラップの成分元素の分析への適用が検討されている分析方法として、レーザ誘起プラズマ発光分析法(laser-induced plasma spectroscopy,LIPS)が挙げられる。LIPSは、高出力パルスレーザを試料に集光照射した際に生成されるプラズマを分光分析して、スペクトル線強度に基づいて試料の元素分析を行う方法である。LIPSは試料を前処理せずに大気中で直接分析でき、簡単な操作で瞬時に多元素の同時分析が可能という特徴を有しており、オンサイト分析法として有効な分析法である。 Laser-induced plasma spectroscopy (LIPS) is an analytical method that is being studied for application to the analysis of component elements of metal scrap. LIPS is a method of performing elemental analysis of a sample based on the spectral line intensity by spectroscopically analyzing the plasma generated when the sample is focused and irradiated with a high-power pulse laser. LIPS can be analyzed directly in the atmosphere without pretreatment of the sample, and has the feature that simultaneous analysis of multiple elements can be performed instantly with a simple operation, which is an effective analysis method as an on-site analysis method.
金属スクラップの成分分析にLIPSを適用するためには、スクラップの形状に起因するスペクトル線強度の変動や分析結果のばらつき、等の課題を解決し、分析結果に基づいて多くの合金種から金属スクラップの合金種の判別方法を確立する必要がある。 In order to apply LIPS to the component analysis of metal scrap, problems such as fluctuations in spectral line strength and variation in analysis results due to the shape of the scrap are solved, and metal scrap from many alloy types based on the analysis results. It is necessary to establish a method for discriminating the alloy type of.
金属スクラップの成分分析にLIPSの適用を試みた例として、例えば、特許文献1、非特許文献1に開示された技術がある。
Examples of attempts to apply LIPS to the component analysis of metal scrap include the techniques disclosed in
上述の技術では、いずれもレーザを正確に試料表面に集光するために、スクラップまでの距離を計測するシステムと、集光手段の移動手段と、を備え、スクラップまでの距離に合わせて集光手段を移動させてレーザを照射する。 In each of the above-mentioned techniques, in order to accurately focus the laser on the sample surface, a system for measuring the distance to the scrap and a moving means for the focusing means are provided, and the laser is focused according to the distance to the scrap. The means is moved to irradiate the laser.
そのため、分析装置が複雑な構造となる。また、分析結果のばらつきを抑制する手段を備えていないため、レーザ照射の回数を多くする必要がある。 Therefore, the analyzer has a complicated structure. In addition, since there is no means for suppressing variations in analysis results, it is necessary to increase the number of laser irradiations.
そこで、本発明では、金属スクラップの形状等の影響をほとんど受けずに成分元素の分析を行うことができ、合金種を正確に判別することができるレーザ誘起プラズマ発光分析法を用いた金属スクラップの判別方法を提供することを目的とする。また、当該方法を実施可能な判別装置及び判別結果に基づいて金属スクラップを選別することができる金属スクラップ選別システムを提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, the metal scrap using the laser-induced plasma emission spectrometry method, which can analyze the component elements without being affected by the shape of the metal scrap and the like and can accurately determine the alloy type, is used. The purpose is to provide a discrimination method. Another object of the present invention is to provide a discrimination device capable of carrying out the method and a metal scrap sorting system capable of sorting metal scrap based on the discrimination result.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、レーザ誘起プラズマ発光分析法を用いた金属スクラップの判別方法であって、判別対象である金属スクラップにレーザ誘起プラズマを発生させるためのレーザ光を集光して照射する工程と、レーザ光の照射により発生したレーザ誘起プラズマからの放射光を分光し、発光スペクトルを取得する工程と、あらかじめ設定された判別に使用する成分元素のスペクトル線強度に基づいて、当該成分元素の濃度を算出する工程と、各成分元素の濃度に基づいて、判別対象の合金種を判別する工程と、を備え、照射するレーザ光を金属スクラップに集光する焦点距離は、金属スクラップの形状のばらつきに起因する金属スクラップ表面とレーザ光の光源との距離の変動がレーザ光のエネルギー密度の変動に及ぼす影響が小さくなる長焦点であって、レーザ光のエネルギー密度が成分元素の濃度分析が可能なエネルギー密度となる距離に固定して設定されており、成分元素の濃度は、成分元素のスペクトル線強度と判別対象の主成分のスペクトル線強度との強度比に基づいて算出する、という技術的手段を用いる。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の金属スクラップの判別方法において、照射するレーザ光のエネルギー密度は、測定環境の雰囲気ガスのブレークダウンプラズマが成分元素のスペクトル線強度の測定を阻害しないエネルギー密度に設定される、という技術的手段を用いる。
In the invention according to
請求項3に記載の発明では、請求項1または請求項2に記載の金属スクラップの判別方法において、金属スクラップがアルミニウム合金である、という技術的手段を用いる。
In the invention according to
請求項4に記載の発明では、請求項3に記載の金属スクラップの判別方法において、判別に使用する成分元素がSi、Zn、Cu、Mg及びMnである、という技術的手段を用いる。
In the invention according to
請求項5に記載の発明では、請求項4に記載の金属スクラップの判別方法において、Si、Zn、Cu、Mg及びMnの各濃度の順に、各濃度で設定された判別条件に基づいて、対応する合金種を順次判別する、という技術的手段を用いる。
In the invention according to
請求項6に記載の発明では、レーザ誘起プラズマ発光分析法を用いて金属スクラップの判別を行う金属スクラップ判別装置であって、レーザ光を出力するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を判別対象である金属スクラップに集光照射する対物レンズと、レーザ光が照射され金属スクラップから発生したレーザ誘起プラズマから放射される放射光を集光する集光手段と、前記集光手段より集光された放射光を分光し、発光スペクトルを取得する分光器と、前記分光器で取得した発光スペクトルのスペクトル線強度に基づいて、あらかじめ設定された判別に使用する成分元素の濃度を算出し、金属スクラップの合金種を判別する演算処理手段と、を備え、前記対物レンズの焦点距離は、金属スクラップの形状のばらつきに起因する金属スクラップ表面とレーザ光の光源との距離の変動がレーザ光のエネルギー密度の変動に及ぼす影響が小さくなる長焦点であって、レーザ光のエネルギー密度が成分元素の濃度分析が可能なエネルギー密度となる距離に固定して設定されており、請求項1ないし請求項5のいずれか1つに記載の金属スクラップの判別方法を実施可能に構成されている、という技術的手段を用いる。
The invention according to
請求項7に記載の発明では、金属スクラップ選別システムが、請求項6に記載の金属スクラップ判別装置と、前記金属スクラップ判別装置に金属スクラップを搬送し、合金種を判別した後の金属スクラップを前記金属スクラップ判別装置から搬出する搬送装置と、前記金属スクラップ判別装置から搬出された金属スクラップを合金種毎に振り分ける選別装置と、を備えた、という技術的手段を用いる。
In the invention according to claim 7, the metal scrap sorting system transfers the metal scrap to the metal scrap discriminating device according to
請求項1に記載の発明によれば、レーザ誘起プラズマ発光分析法を用いた金属スクラップの判別方法において、照射するレーザ光を金属スクラップに集光する焦点距離は、金属スクラップの形状のばらつきに対応し、レーザ光のエネルギー密度が成分元素の濃度分析が可能なエネルギー密度となる距離に設定されているため、金属スクラップの高さの変化に対して、照射されるレーザ光の面積の変化を小さくすることができるので、エネルギー密度の変動を小さくすることができる。また、成分元素のスペクトル線強度と判別対象の主成分のスペクトル線強度との強度比は、金属スクラップの高さの影響をほとんど受けない。これにより、金属スクラップの形状等の影響をほとんど受けずに成分元素の分析を行うことができ、合金種を正確に判別することができる。
According to the invention according to
請求項2に記載の発明のように、照射するレーザ光のエネルギー密度は、測定環境の雰囲気ガスのブレークダウンプラズマが成分元素のスペクトル線強度の測定を阻害しないエネルギー密度に設定することが好ましい。これにより、スペクトル線強度を増大させることができ、そのバックグラウンドとの比LBR(Line-to-background ratio)を大きくすることができるので、分析精度を向上させることができる。
As in the invention of
本発明の金属スクラップの判別方法は、請求項3に記載の発明のように、アルミニウム合金からなる金属スクラップの判別に好適に用いることができる。Alはスペクトル線が少なく、合金種の判別に用いる成分元素のスペクトルとの分離が容易であるからである。
The method for discriminating metal scrap of the present invention can be suitably used for discriminating metal scrap made of an aluminum alloy as in the invention according to
本発明では、アルミニウム合金の合金系に特徴的な主要添加元素の濃度の違いを利用する判別法を採用し、請求項4に記載の発明のように、判別に使用する成分元素をSi、Zn、Cu、Mg及びMnとした。また、請求項5に記載の発明のように、Si、Zn、Cu、Mg及びMnの順に、各濃度に基づいて対応する合金種を判別する判別方法を採用した。これによれば、まず、鋳物材と展伸材とを判別した後に、展伸材を各合金系として順次判別することができ、効率的に合金種を判別することができる。
In the present invention, a discrimination method utilizing the difference in the concentration of the main additive elements characteristic of the alloy system of the aluminum alloy is adopted, and as in the invention of
請求項6に記載の発明によれば、本発明の金属スクラップの判別方法により金属スクラップの合金種を判別する金属スクラップ判別装置を提供することができる。 According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to provide a metal scrap discriminating device for discriminating an alloy type of metal scrap by the metal scrap discriminating method of the present invention.
請求項7に記載の発明によれば、金属スクラップ判別装置に搬送装置及び選別装置を組み合わせることにより、本発明の金属スクラップの判別方法により金属スクラップの合金種を判別し、合金種毎に振り分ける金属スクラップ選別システムを構築することができる。 According to the invention of claim 7, by combining the metal scrap discriminating device with the transport device and the sorting device, the alloy type of the metal scrap is discriminated by the metal scrap discriminating method of the present invention, and the metal is sorted for each alloy type. A scrap sorting system can be constructed.
本発明に係る金属スクラップの判別方法、金属スクラップ判別装置及び金属スクラップ選別システムについて図を参照して説明する。以下、アルミニウム合金スクラップの判別方法を例に説明する。 The method for discriminating metal scrap, the metal scrap discriminating device, and the metal scrap sorting system according to the present invention will be described with reference to the drawings. Hereinafter, a method for discriminating aluminum alloy scrap will be described as an example.
(金属スクラップ判別装置及び金属スクラップ選別システムの構成)
図1に示すように、金属スクラップ選別システムSは、金属スクラップ判別装置1と、搬送装置2と、選別装置3と、を備えている。
(Structure of metal scrap discrimination device and metal scrap sorting system)
As shown in FIG. 1, the metal scrap sorting system S includes a metal
搬送装置2は、金属スクラップ判別装置1に判別対象である金属スクラップMを搬送し、合金種を判別した後の金属スクラップMを金属スクラップ判別装置1から搬出する。搬送装置2として、ベルトコンベアや回転ステージなどを備えた公知の搬送手段を採用することができる。ここで、搬送装置2は、金属スクラップMを1つずつ格納し、移動可能なセルなどを設けてもよい。
The
また、搬送装置2は、金属スクラップ判別装置1のパルスジェネレータ15(図2)から送出されるレーザパルスの繰返し周波数の同期信号により金属スクラップ判別装置1によるレーザ光照射のタイミングに合わせて、金属スクラップMを静止状態で判別した後に移動するSTOP/GO方式を採用することもできる。これによれば、静止状態でレーザ光を照射するため再現性の良い元素分析ができるので、判別精度を向上させることができる。また、判別後の金属スクラップMの振り分けが容易になることである。
Further, the
選別装置3は、金属スクラップ判別装置1から送出される判別対象の合金種の判別結果に基づいて、金属スクラップ判別装置1から搬出された金属スクラップMを合金種毎に振り分ける。
The
金属スクラップ判別装置1は、レーザ誘起プラズマ発光分析法(laser-induced plasma spectroscopy, LIPS)を用いて金属スクラップを判別する装置である。
The metal
図2に示すように、金属スクラップ判別装置1は、判別対象である金属スクラップMにレーザ誘起プラズマPを発生させるためのレーザ光Lを出力するレーザ発振器10と、レーザ発振器10から出力されたレーザ光Lを判別対象である金属スクラップMに集光照射する対物レンズ11と、レーザ光Lが照射され金属スクラップMから発生したレーザ誘起プラズマから放射される放射光を集光する集光手段12と、集光手段12より集光された放射光を分光し、発光スペクトルを取得する分光器13と、分光器13で取得した発光スペクトルのスペクトル線強度に基づいて、あらかじめ設定された判別に使用する成分元素の濃度を算出し、判別対象の合金種を判別するとともに、金属スクラップ判別装置1の制御を行う処理システム14と、を備えている。
As shown in FIG. 2, the metal
レーザ発振器10として、波長1064nmの基本波のNd:YAGパルスレーザ(パルス幅10ns)を発振する発振器を採用した。本実施形態では、パルスエネルギーは10-100mJ/pulseに調整し、繰り返し周波数は10Hzとした。ここで、繰り返し周波数は、搬送装置2が応答可能な周波数に設定することができる。
As the
対物レンズ11として、通常LIPSで使用される焦点距離が数-20cm程度の凸レンズではなく、長焦点、例えば焦点距離が600mmの凸レンズを用いる。これにより、様々な大きさや形状の金属スクラップMの分析が可能となる. As the objective lens 11, a long focal length, for example, a convex lens having a focal length of 600 mm is used instead of a convex lens having a focal length of about several -20 cm, which is usually used in LIPS. This makes it possible to analyze metal scrap M of various sizes and shapes.
また、短焦点の対物レンズを用いると、金属スクラップMの高さの変化に対して、照射されるレーザ光の面積が大きく変化するため、エネルギー密度の変動が大きくなり、正確な分析を行うことができない。また、焦点ずれが大きくなるのにつれてエネルギー密度が大きく低下するため、発光スペクトルのスペクトル線強度が低下して分析を行うことが困難になる。例えば、「レーザ生成プラズマの発光特性に与えるレーザの焦点ずれの影響」(中部大学工学部紀要 第31巻 p.79(1995)には、レーザ光を焦点距離50mmの対物レンズで集光し、焦点ずれ量を-7mm-+7mmで変化させたところ、当該範囲内でスペクトル線強度が大きく低下することが報告されている。 In addition, when a short-focus objective lens is used, the area of the irradiated laser beam changes significantly with respect to the change in the height of the metal scrap M, so that the fluctuation in energy density becomes large, and accurate analysis can be performed. I can't. In addition, as the defocusing increases, the energy density decreases significantly, so that the spectral line intensity of the emission spectrum decreases, making it difficult to perform analysis. For example, in "Effects of laser defocus on the emission characteristics of laser-generated plasma" (Chubu University Faculty of Engineering, Vol. 31, p.79 (1995), laser light is focused by an objective lens with a focal length of 50 mm and focused. It has been reported that when the amount of deviation is changed by −7 mm − + 7 mm, the spectral line intensity is significantly reduced within the range.
このため、従来のLIPSでは、金属スクラップMの高さに応じて、対物レンズを移動させる必要があった。本発明では、長焦点の対物レンズ11を採用しているので、金属スクラップMの高さの変化に対して、照射されるレーザ光の面積の変化を小さくすることができるので、エネルギー密度の変動を小さくすることができる。これにより、金属スクラップMの高さに応じて対物レンズを移動させなくても正確な分析を行うことができ、対物レンズの移動機構を設ける必要がない。 Therefore, in the conventional LIPS, it is necessary to move the objective lens according to the height of the metal scrap M. In the present invention, since the long-focus objective lens 11 is adopted, the change in the area of the irradiated laser beam can be made small with respect to the change in the height of the metal scrap M, so that the change in energy density can be made. Can be made smaller. As a result, accurate analysis can be performed without moving the objective lens according to the height of the metal scrap M, and it is not necessary to provide a moving mechanism for the objective lens.
集光手段12は、金属スクラップMから放射される放射光を集光し、分光器13に入力する。ここで、集光手段12は、レーザ光Lの入射光軸に近接して配置されることが好ましい。レーザ光軸方向には、放射光の一部が必ず発生するため、金属スクラップMの表面が傾斜しているときでも、放射光を確実に測定できるからである。本実施形態では、集光手段12として光ファイバを用いるが、光ファイバに代えて、ミラーや集光レンズを用いることもできる。
The light collecting means 12 collects the synchrotron radiation emitted from the metal scrap M and inputs it to the
分光器13は、検出器を内蔵しており、集光手段12より集光された放射光を分光し、発光スペクトルを取得し、処理システム14に送出する。ここで、金属スクラップ判別装置1によりアルミニウム合金の金属スクラップを判別するために、判別に必要な成分元素であるAl、Si、Zn、Cu、Mg及びMnのスペクトルを測定可能なように、測定波長範囲の広い分光器を使用する。例えば、測定波長域が200-700nm程度の多元素のスペクトル線を同時に測定することができる分光器を採用する。
The
処理システム14は、演算処理手段である演算部14aと、制御部14bと、を備えている。
The
演算部14aには、分光器13により取得された発光スペクトルのスペクトル線強度から各測定対象成分の濃度を取得するために予め実験的に求められた、スペクトル線強度と濃度との関係を示す検量線が記憶されている。検量線は、金属スクラップMの合金種を判別するために必要な成分元素毎に作成されており、本実施形態ではSi、Zn、Cu、Mg及びMnの検量線がそれぞれ記憶されている。
The
演算部14aでは、検量線を用いて金属スクラップMの成分元素の濃度を算出し、判別対象の合金種を判別する。金属スクラップMの合金種の判別結果は、選別装置3に送出される。
The
制御部14bは、レーザ光Lの出力など、金属スクラップ判別装置1の制御を行う。
The
(金属スクラップの判別方法)
本発明に係る金属スクラップの判別方法について、アルミニウム合金スクラップの判別方法を例に説明する。
(Method of identifying metal scrap)
The method for discriminating metal scrap according to the present invention will be described by taking as an example a method for discriminating aluminum alloy scrap.
まず、金属スクラップ判別装置1において判別可能な寸法に調整された金属スクラップMを搬送装置2により金属スクラップ判別装置1に搬送する。ここで、搬送装置2として、金属スクラップMを1つずつ格納するセルを備えた搬送装置を例に説明する。
First, the metal scrap M adjusted to a size that can be discriminated by the metal
搬送装置2は、金属スクラップMが格納されたセルが金属スクラップ判別装置1の測定位置に到達すると、搬送を停止する。
When the cell in which the metal scrap M is stored reaches the measurement position of the metal
図3にアルミニウム合金スクラップを判別するためのフローチャートを示す。ステップS1では、レーザ発振器10から出力されたレーザ誘起プラズマPを発生させるためのレーザ光Lを、対物レンズ11により集光し、金属スクラップMに照射する。ここで、照射するレーザ光Lのエネルギー密度は、測定環境の雰囲気ガス、本実施形態では大気、のブレークダウンプラズマが成分元素のスペクトル線強度の測定を阻害しない強度に設定されている。これにより、スペクトル線強度を増大させることができ、そのバックグラウンドとの比LBR(Line-to-background ratio)を大きくすることができるので、分析精度を向上させることができる。
FIG. 3 shows a flowchart for discriminating aluminum alloy scrap. In step S1, the laser beam L for generating the laser-induced plasma P output from the
続くステップS2では、レーザ光Lの照射により発生したレーザ誘起プラズマPからの放射光を分光器13により分光し、発光スペクトルを取得する。発光スペクトルのデータは処理システム14に送出される。図4に発光スペクトルの一例を示す。
In the following step S2, the synchrotron radiation from the laser-induced plasma P generated by the irradiation of the laser beam L is separated by the
続くステップS3では、あらかじめ設定された判別に使用する成分元素のスペクトル線強度に基づいて、当該成分元素の濃度を算出する。金属スクラップMにレーザ光が照射されると、レーザ誘起プラズマが発生する。成分元素が励起状態から下準位に遷移する際に、成分元素に固有の波長のプラズマ光を放射する。放射光の強度は原子数にほぼ比例するので、成分元素に固有の波長のスペクトル線強度から当該成分元素の濃度を算出することができる。 In the following step S3, the concentration of the component element is calculated based on the spectral line intensity of the component element used for the preset discrimination. When the metal scrap M is irradiated with laser light, laser-induced plasma is generated. When the component element transitions from the excited state to the lower level, it emits plasma light having a wavelength peculiar to the component element. Since the intensity of synchrotron radiation is substantially proportional to the number of atoms, the concentration of the component element can be calculated from the spectral line intensity of the wavelength peculiar to the component element.
成分元素の濃度の算出は、処理システム14の演算部14aにおいて、図11(B)及び図12に示すように、演算部14aに記憶されているSi、Zn、Cu、Mg及びMnの検量線に基づいて行う。検量線は、標準試料を用いて各成分元素の濃度とスペクトル線強度の関係をプロットして作成されており、成分元素のスペクトル線の強度と主成分であるアルミニウムのスペクトル線Al I 396.1 nmとの強度比を縦軸に、成分元素の濃度を横軸にとってプロットしたものである。
The calculation of the concentration of the component element is performed in the
ここで、金属スクラップMは様々な形状をしているため、高さが異なり、観測されるスペクトル線強度が変化する。実施例に示すように、成分元素とアルミニウムのスペクトル線強度の高さに対する変化はほぼ同様な傾向を示しているため、両者の比をとることにより試料高さの違いによるスペクトル線強度の変動を補正することができる。これにより、金属スクラップMの形状(例えば、凸凹など)の影響を受けにくく、高精度に測定することができる。そこで、成分元素の濃度の分析には、成分元素のスペクトル線と母体のアルミニウムのスペクトル線の強度比を用いることにした。これにより、スペクトル線強度のばらつきを極めて小さくすることができるので、レーザ光の照射を1回行うだけで、正確な分析を行うことができる。 Here, since the metal scrap M has various shapes, the height is different and the observed spectral line intensity changes. As shown in the examples, the changes in the spectral line intensities of the component elements and aluminum show almost the same tendency. Therefore, by taking the ratio between the two, the changes in the spectral line intensities due to the difference in the sample height can be obtained. It can be corrected. As a result, the shape of the metal scrap M (for example, unevenness) is not easily affected, and measurement can be performed with high accuracy. Therefore, we decided to use the intensity ratio of the spectral lines of the constituent elements and the spectral lines of the parent aluminum for the analysis of the concentration of the constituent elements. As a result, the variation in the spectral line intensity can be made extremely small, so that accurate analysis can be performed by irradiating the laser beam only once.
続くステップS4では、各成分元素の濃度に基づいて、判別対象の合金種を判別する。 In the following step S4, the alloy type to be discriminated is discriminated based on the concentration of each component element.
アルミニウム合金は大別すると鋳物・ダイカスト材と展伸材に分けられ、展伸材は主要添加元素の種類によって1000系-8000系の8種類の合金系に分類される(JIS H 4000:2014)。ここで、同じ合金系でも添加元素の濃度は個々に異なるため、スクラップ選別では各合金系について一定の成分規格を設定する必要がある。 Aluminum alloys are roughly classified into castings / die-casting materials and wrought materials, and wrought materials are classified into eight types of alloys, 1000-8000 series, according to the types of major additive elements (JIS H 4000: 2014). .. Here, since the concentrations of the added elements are different for each alloy system even in the same alloy system, it is necessary to set a certain component standard for each alloy system in scrap sorting.
表1に成分規格の一例を示す。実際のアルミニウム合金のスクラップの再利用を考慮して、6種類の合金系に分類したもので、鋳物・ダイカスト材及び展伸材の4000系合金は鋳物・ダイカスト材のADC12に再利用する。 Table 1 shows an example of the component standard. Considering the actual reuse of aluminum alloy scrap, it is classified into 6 types of alloys, and the 4000 series alloys of casting / die casting material and wrought material are reused for ADC12 of casting / die casting material.
アルミニウム合金スクラップを選別するには、濃度の成分元素の分析値を各合金系の成分規格値と比較することにより行う。ここで、すべての成分元素を判定する方法は必ずしも有効な選別方法ではない。低濃度元素のスペクトル線強度は弱いためバックグラウンドの影響を受けやすく、判定元素に低濃度元素を含めると判別できない場合が生じるからである。 Aluminum alloy scrap is sorted by comparing the analytical values of the constituent elements of the concentration with the constituent standard values of each alloy system. Here, the method for determining all the constituent elements is not necessarily an effective selection method. This is because the spectral line intensity of the low-concentration element is weak and easily affected by the background, and if the low-concentration element is included in the determination element, it may not be possible to discriminate.
本発明では、各合金系に特徴的な主要添加元素の濃度の違いを利用して効率的に判別する判別法を見出した。図5にアルミニウム合金の合金種を判別するためのフローチャートを示す。 In the present invention, we have found a discrimination method for efficient discrimination by utilizing the difference in the concentration of the main additive element characteristic of each alloy system. FIG. 5 shows a flowchart for discriminating the alloy type of the aluminum alloy.
まず、鋳物材と展伸材のSi濃度の違いを利用し、Si濃度(重量%。以下の成分元素についても同じ)の下限値を2%として、2%を超えたものを、Si濃度が高い4000系も含めて鋳物材ADC12として判別する。 First, using the difference in Si concentration between the cast material and the wrought material, the lower limit of the Si concentration (% by weight; the same applies to the following component elements) is set to 2%, and the Si concentration exceeds 2%. It is discriminated as a casting material ADC12 including the high 4000 series.
次に、展伸材を各合金系に選別する。まず、添加元素のZn濃度の下限値を2%として、2%を超えたものを7000系と判別する。 Next, the wrought material is sorted into each alloy system. First, the lower limit of the Zn concentration of the added element is set to 2%, and those exceeding 2% are determined to be 7000 series.
続いて、Cu濃度の下限値を1.5%として、1.5%を超えたものを2000系と判別する。 Subsequently, the lower limit of the Cu concentration is set to 1.5%, and those exceeding 1.5% are determined to be 2000 series.
続いて、Mg濃度の下限値を1.5%として、1.5%を超えたものを5000系と判別する。 Subsequently, the lower limit of the Mg concentration is set to 1.5%, and those exceeding 1.5% are determined to be 5000 series.
最後に、Mn濃度の下限値を0.5%に設定して、0.5%を超えたものを3000系と判別し、0.5%以下であったものを、1000系を含む6000系と判別する。 Finally, the lower limit of the Mn concentration is set to 0.5%, those exceeding 0.5% are discriminated as 3000 series, and those exceeding 0.5% are 6000 series including 1000 series. To determine.
必要に応じて、上記6000系と判別された金属スクラップMについて、更に判別を進めることもできる。Mg濃度の上限値を0.3%として、0.3%未満のものを1000系、0.3%以上のものを6000系と判別する。 If necessary, the metal scrap M determined to be the 6000 series can be further determined. The upper limit of the Mg concentration is set to 0.3%, and those having a Mg concentration of less than 0.3% are judged to be 1000 series, and those having a Mg concentration of 0.3% or more are judged to be 6000 series.
更に、他の成分元素に着目して、更に細かく合金種の判別を行うこともできる。また、8000系を判別する場合には、3000系を判別した後にFe濃度の下限値を0.6%に設定して、0.6%を超えたものを8000系と判別し、0.6%以下のものを、1000系を含む6000系と判別する。 Further, it is possible to discriminate the alloy type in more detail by paying attention to other component elements. When discriminating the 8000 series, after discriminating the 3000 series, the lower limit of the Fe concentration is set to 0.6%, and the one exceeding 0.6% is discriminated as the 8000 series, and 0.6. % Or less is discriminated as 6000 series including 1000 series.
なお、上記の判別に用いる成分元素の濃度の閾値は、規格の変更などに応じて適宜適切な値に設定することができる。 The threshold value of the concentration of the component element used for the above determination can be appropriately set to an appropriate value according to a change in the standard or the like.
金属スクラップMの合金種の判別結果は、格納されたセルの情報と関連付けされて、演算部14aから選別装置3に送出される。
The determination result of the alloy type of the metal scrap M is associated with the stored cell information and sent from the
合金種を判別した後のアルミニウム合金スクラップは、搬送装置2により金属スクラップ判別装置1から搬出され、選別装置3に送られる。
The aluminum alloy scrap after discriminating the alloy type is carried out from the metal
選別装置3では、金属スクラップ判別装置1から送出される判別対象の合金種の判別結果に基づいて、金属スクラップ判別装置1から搬出された金属スクラップMを合金種毎に振り分ける。スクラップの振り分けには、判別結果に対応して合金種別に用意されたスクラップ受け入れ口がセルに対して移動する「受け」方式や、合金種別スクラップ受け入れ口が固定され、セルから金属スクラップMを判別結果と一致した受け入れ口に落とす「落とし」方式など、各種方式を採用することができる。
The
(変更例)
本発明の金属スクラップの判別方法は、鉄系材料など各種金属スクラップの判別にも適用することができる。例えば、鉄系材料からなる金属スクラップの判別は、成分元素Ni、Cr、Mo、Mnなどに着目して行うことができる。
(Change example)
The method for discriminating metal scrap of the present invention can also be applied to discriminating various metal scraps such as iron-based materials. For example, the determination of metal scrap made of an iron-based material can be performed by paying attention to the component elements Ni, Cr, Mo, Mn and the like.
本発明の金属スクラップの判別方法によれば、レーザ光の照射を1回行うだけで、迅速に正確な分析を行うことができるので、金属スクラップMを停止させることなくレーザ光を照射して合金種を判別することができる。 According to the method for discriminating metal scrap of the present invention, since accurate analysis can be performed quickly and accurately only by irradiating the metal scrap M once, the alloy is irradiated with the laser light without stopping the metal scrap M. The species can be identified.
(実施形態の効果)
本発明の金属スクラップの判別方法及び金属スクラップ判別装置1によれば、照射するレーザ光Lを金属スクラップに集光する焦点距離は、金属スクラップの形状のばらつきに対応し、レーザ光のエネルギー密度が成分元素の濃度分析が可能なエネルギー密度となる距離に設定されているため、金属スクラップの高さの変化に対して、照射されるレーザ光の面積の変化を小さくすることができるので、エネルギー密度の変動を小さくすることができる。また、成分元素のスペクトル線強度と判別対象の主成分のスペクトル線強度との強度比は、金属スクラップの高さの影響をほとんど受けない。これにより、金属スクラップの形状等の影響をほとんど受けずに成分元素の分析を行うことができ、合金種を正確に判別することができる。
(Effect of embodiment)
According to the method for discriminating metal scrap and the metal
本発明の金属スクラップの判別方法は、アルミニウム合金からなる金属スクラップの判別に好適に用いることができる。アルミニウム合金の合金系に特徴的な主要添加元素の濃度の違いを利用する判別法を採用し、1回のレーザ光照射により、鋳物材と展伸材とを各合金系として順次判別することができ、効率的に合金種を判別することができる。 The method for discriminating metal scrap of the present invention can be suitably used for discriminating metal scrap made of an aluminum alloy. A discrimination method that utilizes the difference in the concentration of the main additive elements that is characteristic of the alloy system of aluminum alloys is adopted, and the casting material and the wrought material can be sequentially discriminated as each alloy system by one laser irradiation. It is possible to efficiently determine the alloy type.
金属スクラップ判別装置1に搬送装置2及び選別装置3を組み合わせることにより、本発明の金属スクラップの判別方法により金属スクラップMの合金種を判別し、合金種毎に振り分ける金属スクラップ選別システムSを構築することができる。
By combining the metal
本発明の効果を検証するために、アルミニウム合金スクラップの判別試験を行った。 In order to verify the effect of the present invention, a discrimination test of aluminum alloy scrap was conducted.
(金属スクラップ選別装置)
実施例で使用した金属スクラップ判別装置の仕様を表2に示す。レーザ光は、Nd:YAGレーザ光を使用し、対物レンズは焦点距離が600mmの長焦点の凸レンズを用いた。分光器は、アルミニウム合金の判別に必要な成分元素であるAl、Si、Zn、Cu、Mg及びMnのスペクトルを測定可能なように、測定波長範囲の広い分光器を使用する。本実施例では、測定波長域は245-680nmであり、多元素のスペクトル線を同時に測定することができる。
(Metal scrap sorting equipment)
Table 2 shows the specifications of the metal scrap discriminating device used in the examples. As the laser light, Nd: YAG laser light was used, and as the objective lens, a long focal length convex lens having a focal length of 600 mm was used. As the spectroscope, a spectroscope having a wide measurement wavelength range is used so that the spectra of Al, Si, Zn, Cu, Mg and Mn, which are component elements necessary for discriminating the aluminum alloy, can be measured. In this embodiment, the measurement wavelength range is 245-680 nm, and the spectral lines of multiple elements can be measured at the same time.
レーザ光は繰返し周波数10Hzで動作させ、分光器の露光時間は100msに設定した。スペクトル線強度はレーザ光1ショットのときの強度とした。 The laser beam was operated at a repetition frequency of 10 Hz, and the exposure time of the spectroscope was set to 100 ms. The spectral line intensity was taken as the intensity when one shot of the laser beam was used.
(試料)
標準試料には、日本軽金属(株)の発光分析用アルミニウム合金標準試料(AC1A、 AC2B、 AC3A、 AC4C、 AC5A、 ADC10、 ADC12、 3SNDC2、7075NDC2)とALCOA社のアルミニウム標準試料Cuシリーズ(CU-1B、 CU-2B、 CU-3B、 CU-4A、 SA-1973、 CU-6D、 CU-7B)を用いた。これら16個の標準試料の主要添加元素の組成を表3に示す。また、アルミニウム合金スクラップの選別に用いる成分元素(Cu、Si、Zn、Mg、Mn) の分析線を同定するために、純金属試料の銅(純度99.9%)、ケイ素(99.999 %)、亜鉛(99.5 %)、マグネシウム(99.95 %)、マンガン(99.9 %)及びアルミニウム(99.9 %)を用いた。選別用のアルミニウム合金は、鋳物材と展伸材を含むスクラップ試料を用いた。
(sample)
Standard samples include aluminum alloy standard samples for emission analysis of Nippon Light Metal Co., Ltd. (AC1A, AC2B, AC3A, AC4C, AC5A, ADC10, ADC12, 3SNDC2, 7075NDC2) and ALCOA's aluminum standard sample Cu series (CU-1B). , CU-2B, CU-3B, CU-4A, SA-1973, CU-6D, CU-7B). The composition of the main additive elements of these 16 standard samples is shown in Table 3. In addition, in order to identify the analysis lines of the component elements (Cu, Si, Zn, Mg, Mn) used for sorting aluminum alloy scrap, copper (purity 99.9%), silicon (99.999%), zinc (purity 99.9%) and zinc (purity 99.9%) of pure metal samples were used. 99.5%), magnesium (99.95%), manganese (99.9%) and aluminum (99.9%) were used. As the aluminum alloy for sorting, a scrap sample containing a casting material and a wrought material was used.
(レーザ光エネルギーとスペクトル線強度)
LIPSでは、スペクトル線強度はレーザ光エネルギーに大きく依存し、特に大気中ではガスブレークダウンの影響により、レーザ光エネルギーを増大させても必ずしもスペクトル線強度が増大しない場合がある。そこで、まず、レーザ光エネルギーとスペクトル線強度の関係について調べた。図6は、レーザ光エネルギーが30 mJ、60 mJおよび90 mJ のときに観測された発光スペクトルの一例である。試料にはアルミニウム標準試料(CU-7B)を用いた。いずれの場合も、母体のアルミニウムと成分元素の銅のスペクトル線が観測されているが、レーザ光エネルギーが60 mJと90 mJのときのスペクトル線強度は30 mJのときの強度より減少している。一方、バックグラウンドはレーザ光エネルギーとともに増大している。
(Laser light energy and spectral line intensity)
In LIPS, the spectral line intensity largely depends on the laser beam energy, and in particular, due to the influence of gas breakdown in the atmosphere, the spectral line intensity may not necessarily increase even if the laser beam energy is increased. Therefore, first, the relationship between the laser light energy and the spectral line intensity was investigated. FIG. 6 is an example of the emission spectrum observed when the laser light energy is 30 mJ, 60 mJ, and 90 mJ. An aluminum standard sample (CU-7B) was used as the sample. In both cases, spectral lines of the parent aluminum and the constituent element copper are observed, but the spectral line intensity at laser light energies of 60 mJ and 90 mJ is lower than that at 30 mJ. .. On the other hand, the background increases with the laser beam energy.
レーザ光エネルギーの発光スペクトルへの影響を定量的に評価するために、レーザ光エネルギーを10 mJから100 mJまで変化させて、銅のスペクトル線Cu I 521.8 nmの強度とバックグラウンドを測定した。図7に測定結果を示す。スペクトル線強度はレーザ光エネルギーとともに増大し、30 mJ付近で最大となり、その後減少している。これに対して、バックグラウンドは20 mJを超えるあたりからレーザ光エネルギーに比例して増大している。このような現象が生じる原因は、試料上方で生成される雰囲気ガスのブレークダウンプラズマによるものである。すなわち、大気中でレーザ光エネルギーを大きくしすぎると、空気のブレークダウンプラズマによってレーザ光エネルギーが吸収され、試料のアブレーション効率が減少するとともに、バックグランド発光を増大させるためである。このことは、図6のスペクトルにおいて、レーザ光エネルギー30 mJの場合にわずかに観測される窒素のスペクトル線N II 500 nmの強度が、60 mJと90 mJでは急激に大きくなっていることからも明らかである. In order to quantitatively evaluate the effect of the laser light energy on the emission spectrum, the laser light energy was changed from 10 mJ to 100 mJ, and the intensity and background of the copper spectral line Cu I 521.8 nm were measured. FIG. 7 shows the measurement results. The spectral line intensity increases with the laser beam energy, reaches a maximum near 30 mJ, and then decreases. On the other hand, the background increases in proportion to the laser light energy from around 20 mJ. The cause of such a phenomenon is the breakdown plasma of the atmospheric gas generated above the sample. That is, if the laser light energy is made too large in the atmosphere, the laser light energy is absorbed by the breakdown plasma of the air, the ablation efficiency of the sample is reduced, and the background light emission is increased. This is also because the intensity of the nitrogen spectral line N II 500 nm, which is slightly observed at the laser light energy of 30 mJ in the spectrum of Fig. 6, increases sharply at 60 mJ and 90 mJ. it is obvious.
また、スペクトル線強度に加えて、そのバックグラウンドとの比LBR(Line-to-background ratio)が大きいことが重要である。図8は、図7の結果を用いて計算したLBRをレーザ光エネルギーに対してプロットしたものである。この結果から、LBRはスペクトル線強度と同様、レーザ光エネルギーが30 mJ付近で最大となることがわかる。なお、30 mJのときのスペクトル線強度は100mJのときの約2倍であるのに対して、LBRは約7倍になっている。したがって、レーザ光エネルギーは30 mJに設定した。 In addition to the spectral line intensity, it is important that the ratio LBR (Line-to-background ratio) to the background is large. FIG. 8 is a plot of LBR calculated using the results of FIG. 7 against laser light energy. From this result, it can be seen that the laser light energy of LBR is maximum at around 30 mJ, similar to the spectral line intensity. The spectral line intensity at 30 mJ is about twice that at 100 mJ, while the LBR is about 7 times. Therefore, the laser light energy was set to 30 mJ.
(試料の高さとスペクトル線強度)
分析対象となるアルミニウム合金スクラップは様々な形状をしているため、試料毎に高さが異なり観測されるスペクトル線強度が変化する。そこで、試料の高さとスペクトル線強度の関係について調べた。試料の高さは試料ステージを上下することによって変化させ、試料表面が対物レンズの焦点位置にあるときの高さを0 mmとした。
図9は、試料の高さを0mmから20mmまで変化させたときのスペクトル線強度の測定結果で、(a)は成分元素の銅のスペクトル線Cu I 521.8 nm、(b)は母体のアルミニウムのスペクトル線Al I 396.1 nmである。いずれの場合も、スペクトル線強度は試料の高さが高くなるにつれて減少している。これは試料を上方へ移動すると試料表面でのレーザ光のビーム径が大きくなり、レーザ光パワー密度が減少するためである。試料の高さの違いによるスペクトル線強度の変化は定量分析精度を低下させるため、分析に際しては試料の高さを一定に保つことが必要となるが、スクラップ試料は場所によって厚さが異なるため、常に一定の試料高さで分析することは困難である。
(Sample height and spectral line intensity)
Since the aluminum alloy scrap to be analyzed has various shapes, the height differs for each sample and the observed spectral line intensity changes. Therefore, the relationship between the sample height and the spectral line intensity was investigated. The height of the sample was changed by moving the sample stage up and down, and the height when the sample surface was at the focal position of the objective lens was set to 0 mm.
Fig. 9 shows the measurement results of the spectral line intensity when the height of the sample was changed from 0 mm to 20 mm. Spectral line Al I 396.1 nm. In each case, the spectral line intensity decreases as the height of the sample increases. This is because when the sample is moved upward, the beam diameter of the laser beam on the sample surface becomes large and the laser beam power density decreases. Changes in spectral line intensity due to differences in sample height reduce the accuracy of quantitative analysis, so it is necessary to keep the sample height constant during analysis, but scrap samples have different thicknesses depending on the location. It is difficult to always analyze at a constant sample height.
しかし、図9から分かるように、銅とアルミニウムのスペクトル線強度の高さに対する変化はほぼ同様な傾向を示しているため、両者の比をとることにより試料高さの違いによるスペクトル線強度の変動を補正することが期待できる。そこで、各試料高さにおける銅とアルミニウムのスペクトル線強度比を計算した。その結果、図10に示すように、強度比は試料高さの影響を受けずに焦点ずれ量が片側20mmという広い範囲でほぼ一定となることがわかる。この結果から、アルミニウム合金スクラップ試料の成分分析には、成分元素のスペクトル線と母体のアルミニウムのスペクトル線の強度比を用いることにした。 However, as can be seen from FIG. 9, since the changes in the spectral line intensities of copper and aluminum show almost the same tendency, the changes in the spectral line intensities due to the difference in the sample height are obtained by taking the ratio of the two. Can be expected to be corrected. Therefore, the spectral line intensity ratio of copper and aluminum at each sample height was calculated. As a result, as shown in FIG. 10, it can be seen that the intensity ratio is not affected by the sample height and the amount of defocus is almost constant in a wide range of 20 mm on one side. From this result, it was decided to use the intensity ratio of the spectral line of the component element and the spectral line of the base aluminum for the component analysis of the aluminum alloy scrap sample.
(検量線)
標準試料を用いて各成分元素の濃度とスペクトル線強度の関係をプロットして検量線を作成した。
(Calibration curve)
A calibration curve was created by plotting the relationship between the concentration of each component element and the spectral line intensity using a standard sample.
まず、成分元素の1つであるCuの検量線を作成した。図11に結果を示す。分析用スペクトル線としてCu I 521.8 nmとCu I 324.7 nmを用い、アルミニウムのスペクトル線 Al I 396.1 nmとの強度比を縦軸に、銅の濃度を横軸にとってプロットしたものである。スペクトル線強度は10回の測定の平均値で、標準試料にはALCOA社のアルミニウム標準試料を用いた。分析線にCu I 521.8 nmを用いた場合、スペクトル線強度比は元素濃度に比例して直線的に増加しているのに対して、Cu I 324.7 nmの場合はスペクトル線の自己吸収の影響により検量線は湾曲している。しかし、アルミニウム合金に含まれる銅の濃度範囲(-5%)では、Cu I 521.8 nmに比べてCu I 324.7 nmの方が元素濃度に対するスペクトル線強度変化が大きく、強度も約2倍高くなっている。さらに、スペクトル線Cu I 521.8 nmは、空気のブレークダウンによって生ずるバックグラウンドおよび窒素スペクトルの影響を受け、銅の濃度が低いときスペクトル線強度の分析精度が低下する場合がある。したがって、銅の分析線にはCu I 324.7 nm(図11(B))を採用した。 First, a calibration curve of Cu, which is one of the constituent elements, was created. The results are shown in FIG. Cu I 521.8 nm and Cu I 324.7 nm are used as the spectral lines for analysis, and the intensity ratio of the aluminum spectral line Al I 396.1 nm is plotted on the vertical axis and the copper concentration is plotted on the horizontal axis. The spectral line intensity is the average value of 10 measurements, and the aluminum standard sample of ALCOA was used as the standard sample. When Cu I 521.8 nm is used for the analysis line, the spectral line intensity ratio increases linearly in proportion to the element concentration, whereas when Cu I 324.7 nm, it is due to the effect of self-absorption of the spectral line. The calibration curve is curved. However, in the copper concentration range (-5%) contained in the aluminum alloy, the change in spectral line intensity with respect to the element concentration is larger in Cu I 324.7 nm than in Cu I 521.8 nm, and the intensity is also about twice as high. There is. In addition, the spectral line Cu I 521.8 nm is affected by the background and nitrogen spectra caused by air breakdown, which can reduce the accuracy of spectral line intensity analysis when the copper concentration is low. Therefore, Cu I 324.7 nm (Fig. 11 (B)) was used for the copper analysis line.
同様にして、標準試料には日本軽金属(株)の発光分析用アルミニウム標準試料を用いて他の成分元素のSi、Zn、Mg及びMnのスペクトル線について調べ、各元素の分析線として、Si I 288.1 nm、Zn I 334.5 nm、Mg I 383.8 nmおよびMn I 403.0 nmを選定した。図12に各元素の検量線を示す。 Similarly, using the aluminum standard sample for emission analysis of Nippon Light Metal Co., Ltd. as the standard sample, the spectral lines of Si, Zn, Mg and Mn of other component elements were investigated, and Si I was used as the analysis line for each element. 288.1 nm, Zn I 334.5 nm, Mg I 383.8 nm and Mn I 403.0 nm were selected. FIG. 12 shows the calibration curve of each element.
Mnの極低濃度の領域以外では、成分元素の濃度とスペクトル線強度比の間に良好な比例関係が認められた。これにより、アルミニウム合金スクラップの検量線を用いた成分分析が可能である。 A good proportional relationship was observed between the concentration of the constituent elements and the spectral line intensity ratio except in the region where the concentration of Mn was extremely low. This enables component analysis using the calibration curve of aluminum alloy scrap.
なお、分光器として、例えば、測定波長域が200-400nmであり波長分解能が高い分光器を用いた場合には、より精度の良いスペクトル線強度測定が可能になる。このとき、Zn及びMgの分析線として、より精度の良いスペクトル線である206.1nm、285.2nmをそれぞれ採用することもできる。 When a spectroscope having a measurement wavelength range of 200 to 400 nm and a high wavelength resolution is used as the spectroscope, more accurate spectral line intensity measurement becomes possible. At this time, 206.1 nm and 285.2 nm, which are more accurate spectral lines, can be adopted as the analysis lines of Zn and Mg, respectively.
(アルミニウム合金の判別)
図4のフローチャートに基づいて判別試験を行った。試料にはアルミニウム合金標準試料から3種類の鋳物材(AC1A、 AC2B、 ADC12)と2種類の展伸材(3SNDC、 7075)を用いた。表4は、各試料について2回ずつ分析して得られた主成分元素濃度と判別結果である。鋳物材はADC12として、また展伸材は主成分元素の応じた合金系に判別されている。なお、鋳物材のAC1AはSi濃度が2%未満のため、展伸材の2000系として判別されている。この結果から、いずれの試料も添加元素に相当する合金系に判別され、図5のフローチャートに基づいてアルミニウム合金が判別できることが確認できた。
(Aluminum alloy discrimination)
A discrimination test was performed based on the flowchart of FIG. Three types of casting materials (AC1A, AC2B, ADC12) and two types of wrought materials (3SNDC, 7075) were used as samples from the standard aluminum alloy sample. Table 4 shows the concentration of the principal component element and the discrimination result obtained by analyzing each sample twice. The casting material is classified as ADC12, and the wrought material is classified as an alloy system according to the main component elements. Since AC1A of the cast material has a Si concentration of less than 2%, it is classified as a 2000 series of wrought material. From this result, it was confirmed that each sample was discriminated as an alloy system corresponding to the additive element, and the aluminum alloy could be discriminated based on the flowchart of FIG.
次に、実際のスクラップ試料の選別を行った。図13に選別試験に用いたアルミニウム合金スクラップ試料を示す。アルミニウム合金スクラップ試料は、鋳物系合金7個、展伸材の6000系合金114個の合計121個である。鋳物系試料は1から7、展伸材6000系試料は8から121までの通し番号を記入し、分析、選別を行った。その結果、1から7までの試料は鋳物材(ADC12)として、また残りの114個はすべて6000系として選別され、形状や厚みが異なるスクラップ試料も選別できることが確認できた。
Next, the actual scrap samples were sorted. FIG. 13 shows an aluminum alloy scrap sample used in the sorting test. The number of aluminum alloy scrap samples is 121 in total, including 7 cast alloys and 114 wrought 6000 alloys. Serial numbers from 1 to 7 for casting samples and 8 to 121 for
1…金属スクラップ判別装置
2…搬送装置
3…選別装置
10…レーザ発振器
11…対物レンズ
12…集光手段
13…分光器
14…処理システム
14a…演算部
14b…制御部
15…パルスジェネレータ
L…レーザ光
M…金属スクラップ
P…レーザ誘起プラズマ
S…金属スクラップ選別システム
1 ... Metal
Claims (7)
判別対象である金属スクラップにレーザ誘起プラズマを発生させるためのレーザ光を集光して照射する工程と、
レーザ光の照射により発生したレーザ誘起プラズマからの放射光を分光し、発光スペクトルを取得する工程と、
あらかじめ設定された判別に使用する成分元素のスペクトル線強度に基づいて、当該成分元素の濃度を算出する工程と、
各成分元素の濃度に基づいて、判別対象の合金種を判別する工程と、を備え、
照射するレーザ光を金属スクラップに集光する焦点距離は、金属スクラップの形状のばらつきに起因する金属スクラップ表面とレーザ光の光源との距離の変動がレーザ光のエネルギー密度の変動に及ぼす影響が小さくなる長焦点であって、レーザ光のエネルギー密度が成分元素の濃度分析が可能なエネルギー密度となる距離に固定して設定されており、
成分元素の濃度は、成分元素のスペクトル線強度と判別対象の主成分のスペクトル線強度との強度比に基づいて算出することを特徴とする金属スクラップの判別方法。 It is a method for discriminating metal scrap using laser inductively coupled plasma emission spectrometry.
A process of condensing and irradiating laser light for generating laser-induced plasma on metal scrap to be discriminated.
The process of obtaining the emission spectrum by splitting the synchrotron radiation from the laser-induced plasma generated by the irradiation of the laser beam, and
A step of calculating the concentration of the component element based on the spectral line intensity of the component element used for the preset discrimination, and a step of calculating the concentration of the component element.
A step of discriminating the alloy type to be discriminated based on the concentration of each component element is provided.
The focal distance for concentrating the irradiated laser light on the metal scrap has a small effect on the fluctuation of the energy density of the laser light due to the fluctuation of the distance between the metal scrap surface and the light source of the laser light due to the variation in the shape of the metal scrap. The long focal length is set so that the energy density of the laser beam is fixed at a distance that is the energy density at which the concentration analysis of the constituent elements is possible.
A method for discriminating metal scrap, wherein the concentration of a component element is calculated based on the intensity ratio between the spectral line intensity of the component element and the spectral line intensity of the main component to be discriminated.
レーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を判別対象である金属スクラップに集光照射する対物レンズと、
レーザ光が照射され金属スクラップから発生したレーザ誘起プラズマから放射される放射光を集光する集光手段と、
前記集光手段より集光された放射光を分光し、発光スペクトルを取得する分光器と、
前記分光器で取得した発光スペクトルのスペクトル線強度に基づいて、あらかじめ設定された判別に使用する成分元素の濃度を算出し、金属スクラップの合金種を判別する演算処理手段と、を備え、
前記対物レンズの焦点距離は、金属スクラップの形状のばらつきに起因する金属スクラップ表面とレーザ光の光源との距離の変動がレーザ光のエネルギー密度の変動に及ぼす影響が小さくなる長焦点であって、レーザ光のエネルギー密度が成分元素の濃度分析が可能なエネルギー密度となる距離に固定して設定されており、
請求項1ないし請求項5のいずれか1つに記載の金属スクラップの判別方法を実施可能に構成されていることを特徴とする金属スクラップ判別装置。 A metal scrap discriminator that discriminates metal scrap using a laser-induced plasma emission spectrometry method.
A laser oscillator that outputs laser light and
An objective lens that focuses and irradiates the metal scrap to be discriminated with the laser light output from the laser oscillator.
A condensing means that collects the radiated light emitted from the laser-induced plasma that is irradiated with the laser light and generated from the metal scrap.
A spectroscope that disperses the synchrotron radiation collected by the condensing means and acquires an emission spectrum.
A calculation processing means for calculating the concentration of the component element used for the preset discrimination based on the spectral line intensity of the emission spectrum acquired by the spectroscope and discriminating the alloy type of the metal scrap is provided.
The focal distance of the objective lens is a long focal length in which the influence of the fluctuation of the distance between the metal scrap surface and the light source of the laser beam due to the variation in the shape of the metal scrap on the fluctuation of the energy density of the laser beam is small. The energy density of the laser beam is fixed at a distance that makes it possible to analyze the concentration of the constituent elements.
A metal scrap discriminating device according to any one of claims 1 to 5, wherein the metal scrap discriminating method is configured to be feasible.
前記金属スクラップ判別装置に金属スクラップを搬送し、合金種を判別した後の金属スクラップを前記金属スクラップ判別装置から搬出する搬送装置と、
前記金属スクラップ判別装置から搬出された金属スクラップを合金種毎に振り分ける選別装置と、を備えたことを特徴とする金属スクラップ選別システム。 The metal scrap discriminating device according to claim 6 and
A transport device that transports metal scrap to the metal scrap discriminating device and carries out the metal scrap after discriminating the alloy type from the metal scrap discriminating device.
A metal scrap sorting system including a sorting device for sorting metal scrap carried out from the metal scrap sorting device for each alloy type.
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JP2017175827A JP7064836B2 (en) | 2017-09-13 | 2017-09-13 | Metal scrap discrimination method using laser inductive plasma emission spectrometry, metal scrap discrimination device and metal scrap sorting system |
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